综述：大气污染物与温室气体的高附加值转化：主流催化技术的瓶颈评估与优化策略

这篇综述系统评估了大气污染物（CH4、H2S、NOx）和温室气体（CO2）的高附加值催化转化技术，对比分析了热催化（Thermo-catalytic）、电催化（Electro-catalytic）和光催化（Photo-catalytic）的优劣，提出优化策略以突破反应效率低、产物选择性差等瓶颈，为设计高效催化体系提供科学参考。

　　

Abstract
大气污染物与温室气体引发的环境问题日益严峻，传统末端处理技术因高成本、二次污染等问题难以满足可持续发展需求。本文聚焦CH₄、H₂S、NO_x和CO₂的高附加值转化，提出通过催化技术将其转化为化学品的新路径。

Introduction
CH₄的C-H键能高达435 kJ·mol^?1，其惰性成为转化难点；H₂S的恶臭阈值极低（0.0005 ppm），需针对性处理；NO_x主要来自汽车尾气（占排放量35%）；而CO₂年排放量超300亿吨，亟需资源化利用。

CH₄高附加值转化
CH₄的对称四面体结构使其活化需高能条件。热催化需800°C以上高温，而等离子体辅助催化可降低至400°C，但存在积碳问题。最新研究显示，MoS₂基催化剂可将CH₄选择性转化为甲醇（收率68%）。

H₂S高附加值转化
H₂S的Claus工艺硫回收率仅95%-98%，残余2%-5%形成二次污染。电催化氧化生成单质硫的选择性达99%，但阳极腐蚀问题突出。光催化采用CdS量子点可在可见光下实现H₂S分解产氢（速率12.8 mmol·g^?1·h^?1）。

NO_x高附加值转化
NH₃-SCR技术虽成熟，但低温（<200°C）效率骤降。电催化还原NO_x为NH₃的法拉第效率达75%，但需解决竞争性析氢反应。光催化采用TiO₂-WO₃异质结可将NO氧化为硝酸盐（选择性92%）。

CO₂高附加值转化
CO₂电还原制乙烯的法拉第效率创纪录达72%（Cu-Ag合金催化剂），但电流密度仅300 mA·cm^?2。光催化CO₂制CH₄的量子效率突破8.3%（ZnIn₂S₄催化剂），仍距工业化要求（>10%）有差距。

挑战与策略
多组分气体竞争吸附（如CO₂/CH₄共转化）导致选择性失控。微界面反应器设计可增强传质，金属-有机框架（MOFs）催化剂能实现孔径精确调控（±0.1 nm）。人工智能辅助催化剂开发将筛选周期从年缩短至周。

Summary
催化技术将大气污染物"变废为宝"的时代已至。未来需开发自适应催化剂，匹配"双碳"目标与精准医学需求，构建环境-健康协同治理新范式。